Comprensione della rigidità delle fondamenta
Definizione: Che cosa è la rigidità delle fondamenta?
Rigidità della fondazione è la resistenza della struttura di supporto di una macchina (inclusi piastra di base, fondazione in calcestruzzo, piedistalli e terreno) alla flessione quando sottoposta a forze statiche o dinamiche. È quantificata come forza per unità di flessione (tipicamente espressa in N/mm, lbf/in o N/m) e rappresenta l'entità della flessione della fondazione quando vengono applicati i carichi dei macchinari rotanti.
La rigidità della fondazione è un parametro critico in dinamica del rotore perché fa parte della rigidità totale del sistema che determina velocità critiche, vibrazione ampiezze e risposta dinamica. Una rigidità inadeguata delle fondamenta può abbassare le velocità critiche nell'intervallo operativo, amplificare le vibrazioni, causare problemi di allineamento e compromettere l'affidabilità delle apparecchiature.
Perché la rigidità della fondazione è importante
Effetto sulle velocità critiche
La rigidità della fondazione influenza direttamente il sistema frequenze naturali:
- Rigidità totale del sistema = combinazione in serie delle rigidità del rotore, del cuscinetto e della fondazione
- Le fondamenta morbide riducono la rigidità totale, abbassando le velocità critiche
- Può spostare velocità critiche da zone sicure a range operativi
- Velocità critica ∝ √(rigidità totale), quindi le fondamenta morbide hanno un impatto significativo
Controllo dell'ampiezza delle vibrazioni
- Alla risonanza: Fondamenta più rigide generalmente producono ampiezze di vibrazione di picco inferiori
- Sotto la risonanza: Fondazioni molto rigide possono aumentare le vibrazioni trasmesse (nessun isolamento)
- Progettazione ottimale: Equilibrio tra rigidità e isolamento a seconda della gamma di frequenza
Stabilità dell'allineamento
- Le fondamenta flessibili consentono alle apparecchiature di spostarsi sotto carichi operativi
- La dilatazione termica dei macchinari può deformare le fondamenta flessibili
- Precisione allineamento difficile da mantenere su fondamenta morbide
- La flessione della fondazione dovuta ai carichi di processo (forze delle tubazioni) influisce sull'allineamento
Componenti che contribuiscono alla rigidità della fondazione
1. Blocco di fondazione in calcestruzzo
- Rigidità del materiale: Modulo di elasticità del calcestruzzo (~25-40 GPa)
- Geometria: Spessore, larghezza e rinforzo influenzano la rigidità complessiva
- Massa: Una massa maggiore generalmente è accompagnata da una struttura più rigida
- Condizione: Le crepe e il deterioramento riducono notevolmente la rigidità
2. Supporto del terreno/suolo
- Il terreno sotto le fondamenta fornisce un supporto elastico
- La rigidità del terreno varia enormemente (argilla morbida: 10 N/mm³; roccia: 1000+ N/mm³)
- Spesso l'elemento più morbido nella catena di supporto
- Può dominare la rigidità totale del sistema in condizioni di terreno scadenti
3. Piastra di base della macchina
- Telaio strutturale in acciaio o ghisa
- Collega l'attrezzatura alla fondazione in cemento
- Spessore, nervature e design influenzano la rigidità
- Deve essere adeguatamente cementato alla fondazione
4. Piedistalli e supporti
- Piedistalli portanti collegamento dei cuscinetti alla piastra di base
- Strutture a colonne o a mensole
- Può essere una flessibilità significativa nei piedistalli alti o sottili
5. Strato di malta
- Riempie lo spazio tra la piastra di base e il calcestruzzo
- Una corretta stuccatura è fondamentale per la rigidità
- La malta deteriorata o mancante crea punti deboli
- Rigidità tipica della malta inferiore a quella del calcestruzzo o dell'acciaio
Misurazione e valutazione
Test di rigidità statica
- Metodo: Applicare una forza nota, misurare la deflessione
- Calcolo: k = F / δ (forza divisa per deflessione)
- Test tipico: Martinetto idraulico che applica il carico alla piastra di base
- Misurazione: Indicatori a quadrante o sensori di spostamento
Rigidità dinamica (test modale)
- Prova d'impatto con martello strumentato
- Misura la funzione di risposta in frequenza
- Estrarre i parametri modali (frequenze naturali, forme modali, rigidità)
- Più rappresentativo delle reali condizioni operative
Valutazione operativa
- Confrontare le vibrazioni sul cuscinetto con le vibrazioni sulla fondazione
- L'elevata trasmissibilità indica una fondazione rigida
- La bassa trasmissibilità suggerisce flessibilità o isolamento della fondazione
- diagrammi di Bode da avvio/decollo rivelano le modalità di fondazione
Requisiti di progettazione
Linee guida generali
- Standard API: La frequenza naturale della fondazione dovrebbe essere > 2 volte la velocità massima della macchina
- Alternativa: Frequenza naturale di fondazione < 0,5× velocità minima della macchina (fondazione isolata)
- Evitare: Risonanze di fondazione tra 0,5-2,0× velocità operativa
- Bersaglio: Rigidità della fondazione > 10× rigidità del cuscinetto per un'influenza minima
Requisiti specifici dell'attrezzatura
- Turbine: Fondazioni molto rigide (massa del calcestruzzo 3-5 volte la massa del rotore)
- Compressori alternativi: Fondamenta massicce per assorbire carichi pulsanti
- Macchine ad alta velocità: Rigido per mantenere la separazione della velocità critica
- Attrezzature di precisione: Estremamente rigido per prevenire la deriva dell'allineamento
Problemi da rigidità inadeguata
Velocità critiche ridotte
- Le velocità critiche scendono nell'intervallo operativo
- Elevate vibrazioni a velocità che dovrebbero essere sicure
- Potrebbe impedire il raggiungimento della velocità operativa di progettazione
- Richiede irrigidimento delle fondamenta o limitazione della velocità
Vibrazione eccessiva
- Il movimento delle fondamenta amplifica la vibrazione complessiva
- Risonanza della struttura di fondazione
- Vibrazioni trasmesse alle apparecchiature adiacenti
- Danni strutturali dovuti a flessioni ripetute
Instabilità dell'allineamento
- Spostamenti delle attrezzature su basi flessibili
- Allineamento perso dopo il lavoro di precisione iniziale
- Effetti della crescita termica amplificati
- Le variazioni del carico di processo causano variazioni di allineamento
Metodi di miglioramento
Miglioramento delle fondamenta in calcestruzzo
- Aggiungi massa: Aumentare le dimensioni/lo spessore delle fondamenta
- Rafforzare: Aggiungere rinforzo in acciaio o post-tensione
- Riparare le crepe: Iniezione epossidica o riparazione del calcestruzzo
- Estendere a Bedrock: Pali o cassoni per strati di terreno competenti
Irrigidimento della piastra di base
- Aggiungere rinforzi o nervature al telaio strutturale
- Aumentare lo spessore della piastra di base
- Migliorare la copertura e la qualità della malta
- Aggiungere rinforzi tra i piedistalli
Miglioramento del suolo
- Stabilizzazione del terreno o iniezione
- Fondazioni profonde (pali) che aggirano il terreno povero
- Compattazione o densificazione
- Consulenza di ingegneria geotecnica per problematiche importanti
Sistemazioni operative
- Modifica della velocità: Operare lontano dalle risonanze di base
- Isolamento dalle vibrazioni: Aggiungere isolatori per disaccoppiare la macchina dalle fondamenta
- Bilanciamento: Tolleranze di bilanciamento più strette per ridurre l'eccitazione
- Smorzamento: Aggiungere trattamenti di smorzamento alla struttura di fondazione
Migliori pratiche di progettazione delle fondamenta
Nuove installazioni
- Eseguire indagini geotecniche sulle condizioni del suolo
- Calcolare la massa e la geometria della fondazione richiesta
- Includere analisi dinamica (frequenze naturali, risposta allo squilibrio)
- Progettare per rigidità e massa adeguate
- Fornire isolamento dalle strutture adiacenti
- Includere disposizioni per la stuccatura e l'allineamento
Valutazione delle fondazioni esistenti
- Misurare le vibrazioni alle fondamenta e confrontarle con le vibrazioni dei cuscinetti
- Eseguire test modali per identificare le frequenze naturali della fondazione
- Controllare crepe, deterioramenti, cedimenti
- Verificare l'integrità della malta sotto le piastre di base
- Confronta le specifiche effettive con quelle di progettazione
La rigidità delle fondazioni è spesso trascurata, ma è un parametro fondamentale che influenza le prestazioni delle macchine rotanti. Un'adeguata rigidità delle fondazioni garantisce una corretta separazione delle velocità critiche, mantiene la stabilità dell'allineamento e previene problemi di risonanza, mentre una rigidità inadeguata può compromettere le prestazioni e l'affidabilità di apparecchiature altrimenti buone.
Categorie:
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 